基于散射核的锥束CT散射校正

摘要

锥束CT（CBCT）作为近年来发展的医疗及工业检测仪器，常用于图像引导治疗、上腹部检查、口腔3D重建、工业检测等方面。在CBCT成像系统中，CBCT重建的图像会受到X射线散射的严重破坏，大大降低图像的视觉效果。因此，许多研究学者开始把CBCT成像过程中的散射校正作为他们今后研究的重点问题，也成为目前的热点问题之一。而本文就该热点问题做了进一步的研究。
　　首先，研究了CBCT因散射而形成的伪影及现存的CBCT常见重建方法。依据伪影产生的原因和特点，可以将CBCT图像中的伪影分为金属伪影、杯状伪影、散射伪影、运动伪影和硬化伪影等。在口腔和放射科中，金属伪影、散射伪影和杯状伪影是比较常见的三种伪影，这些伪影严重影响着CBCT的成像质量。针对CBCT散射校正后的投影数据，本文也详细介绍了CBCT重建方法中的一些常见方法，如解析法中的滤波反投影法和FDK算法。
　　其次，本文就散射伪影问题提出了一种CBCT图像散射校正方法-基于正则化的盲去卷积。该方法大致可以分为三个步骤，第一：对CBCT的投影图像做预处理。对CBCT投影图像进行预处理，本文主要运用两种滤波器。这样做方便了散射核即卷积核的估计，在降低图像噪声的同时也能够突出图像的边缘。第二：估计出本方法所需的散射核。在本步骤中，首先利用第一步得到的预处理后的CBCT投影图像，再利用正则化方法估计出散射核。第三：对CBCT投影图像进行非盲去卷积。该步骤中主要是利用TV正则化方法和第二步求出的散射核，再进行非盲去卷积的计算。本方法最关键的一步就是如何求散射核。在上述步骤中，为了求解散射核的估计模型和图像的非盲去卷积模型，本文利用了两种算法，一种是FISTA，另外一种是IRLS。该方法主要是针对散射给所得图像造成的降质现象，图像一旦降质则会给医者诊断患者的某种疾病带来困扰，延误疾病治疗。为了得到降质前的图像我们就需要对散射投影图像进行校正，利用上述方法就可达到图像校正的效果，而实验结果也证明该方法的有效性，实验结果表明图像的伪影由9.435%降低到3.133%，而图像的对比度由108.34提高到138.87，提高了27.7%。
　　最后，由于肿瘤体积估计精度对基于PET的放射治疗规划非常重要，因此本文也介绍了PET（Positron Emission Tomography）图像重建过程中运用盲去卷积的作用效果，实验结果表明，图像的对比度可以有从26％到46％的改善，因此，可以得出结论，重建的PET图像的盲去卷积可以用于提高肿瘤划分的精度，而且该方法容易实现。

目录

声明

专用术语注释表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究内容及工作安排

第二章 基于CBCT散射校正的相关知识

2.1 CBCT散射伪影的成因

2.2 CBCT重建算法基础

2.3 CBCT重建算法

2.4本章小结

第三章 基于散射核的CBCT散射校正

3.1投影降质图像的数学模型

3.2图像的盲去模糊方法

3.3基于正则化的散射校正方法

3.4基于正则化的CBCT散射伪影校正方法

3.5实验结果与分析

3.6本章小结

第四章 基于散射核的CBCT散射校正的扩展

4.1引言

4.2 PET/CT盲去卷积

4.3实验结果与分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文工作总结

5.2未来工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢